Геотермална термопомпа направи си сам за отопление на дома: устройство, проектиране, самостоятелно сглобяване

Можете да организирате отоплението и топлата вода на частен дом по различни начини, например да се свържете с комуникациите на централното газоснабдяване или да превключите отоплителните системи към консумация на електроенергия. Съгласни ли сте?

А можете да сглобите геотермална термопомпа със собствените си ръце и ефективно да използвате топлината на земята за създаване на комфортни условия за живот. Разбира се, това е доста трудоемък процес, но за тези, които разбират поне малко от техника, няма да е особено трудно.

В нашата статия ще стане дума за принципите на работа и видовете геотермални инсталации. Ще разкажем как от подръчни материали самостоятелно да изградите термопомпа. Освен това в статията ще намерите съвети от експерти за избор на геоагрегати. А поставените видеоклипове ще разкрият тайните на монтажа и принципите на работа на геотермалните помпи.

Как работи топлинният геоагрегат?

Алгоритъмът на работа на геотермалната термопомпа е изграден върху преноса на топлина от източник с нисък потенциал на топлинна енергия към топлоносителя. Земята тук играе ролята на радиатор през лятото и е активен източник на топлина през зимния сезон.

Разликата в температурите на почвата помага да се повиши общата ефективност на системата и допринася за намаляване на реалните експлоатационни разходи.

В основата на действието на геотермалната термопомпа стои явлението топлинна инерция. Температурата на земята на дълбочина от 6 метра и по-надолу почти точно съответства на средногодишната температура на въздуха в региона и се променя много слабо през цялата календарна година.

На практика в тръбопровода, поставен в почвата, постъпва работен топлоносител и се нагрява там с няколко градуса. След това съставът преминава в топлообменния възел (или изпарител) и прехвърля натрупаната топлинна енергия към вътрешния системен контур.

Принципът на работа на геотермалните инсталации е подобен на функционирането на хладилните системи. Именно поради това някои видове термопомпи през лятото успешно се използват като климатици и с тяхна помощ охлаждат въздуха в жилищните помещения.

Хладилният агент, работещ във външния контур, се загрява в изпарителя, превръща се в газ и попада в компресора. Там той се свива под влияние на високото налягане и става още по-горещ.

Нагорещеният газ преминава в кондензационното устройство и отдава топлинната енергия на работния топлоносител на вътрешната система, която отговаря за отоплението на къщата. След приключване на процеса хладилният агент, загубил топлината, се връща в началната точка в течно състояние.

Какви биват геотермалните инсталации?

Геотермалните термопомпи се различават една от друга по вида на топлоносителя във вътрешния и външния контур на конструкцията. Енергията на устройствата се получава от почвата, водата (подземни води или открит природен водоем) или въздуха.

Вътре в жилищното помещение топлинният ресурс се използва за отопление на стаи, подгряване на вода и климатизация на въздуха. В зависимост от съчетанието на използваните елементи и функции се извършва класификация на системите на типове: «земя-вода», «вода-вода» и «въздух-вода».

Вариант #1. Сглобяване по технология „земя-вода“

Помпата «земя-вода» – един от най-ефективните варианти за алтернативно отопление на жилищни помещения. Принципът на нейното действие се свежда до извличане с помощта на сонди или колектори на топлинна енергия от почвата и предаването ѝ в домашната водна отоплителна система.

Геотермалните термопомпи «земя-вода» – това са високотехнологични прогресивни устройства. Те се отличават с изключителна надеждност и демонстрират високо ниво на КПД. Не изискват постоянно вмешателство на собствениците в работата, но се нуждаят от професионално сервизно обслужване.

Помага да се реализира технологията специална инсталация, състояща се от геотермален топлообменник, разположен под дълбочината на фактическото замръзване на почвата, и самата термопомпа, функционираща като хладилник, но в обратен ред (обратен цикъл на Карно).

Как работи устройството

Инсталацията «земя-вода», която отоплява жилищни помещения за сметка на възобновяема топлина, произвеждана от почвата, действа по следния алгоритъм:

1. Работната течност (разсол или антифриз), която се движи по геотермалния контур, приема температурата на почвата и посредством помпата се предава в топлообменника – изпарител. Там тя отдава събраната топлина на фреона, а самата, станала по-студена с 2-5°С, се връща в изходната точка.
2. Обогатеният с топлинна енергия фреон се изпарява и, приел газообразно състояние, постъпва в компресорната инсталация. Там температурата на газа се повишава за сметка на свиването и се образува конденз.
3. Топлинната енергия се предава на топлоносителя в домашната отоплителна система, а фреонът отново приема течна форма. Неговото налягане спада след преминаване през разширителния клапан на системата и хладилният агент се връща обратно в изпарителя, за да поеме следващата порция ресурс.

В резултат на тази процедура обемът на топлинната енергия, взета от почвата и предадена на отоплителната система на жилищната сграда, надвишава повече от 4 пъти количеството електроенергия, изразходвана за осигуряване на правилната работа на компресорната инсталация, циркулационната помпа и управляващия блок.

Гликолова смес с добър показател на вискозитет, вода със спирт или солен разтвор – именно такива незамръзващи течности се използват в системата „земя-вода“. Те са екологично безопасни, ефективно приемат топлината и я транспортират до помпената станция.

Като допълнителен бонус може да се отбележи и това, че системата има възможност да работи в обратна посока, тоест за охлаждане. Вярно е, че загубата на ефективност достига до 20%, но това се счита за оправдано, предвид високата нагревателна способност на оборудването.

Варианти за разполагане на системи „земя-вода“

За създаване на външен контур на системата „земя-вода“ се използват полимерни тръби с висока якост, които имат добри експлоатационни характеристики. Разполагат ги хоризонтално, като ги полагат на дъното на изкопа по начин, напомнящ обустройване на комуникации за комплекси „топъл под“.

Термопомпата „земя-вода“ е надеждна, ефективна и тиха в работа, но нейният монтаж струва значителни пари и отнема много време (не по-малко от 1 месец за строително-монтажни и наладочни дейности). Този момент трябва задължително да се отчете, преди да спрете избора си на отоплителна система от такъв тип.

При монтажа се използва площ от 25-50 кв. м на всеки отделен киловат мощност на монтираната помпа. Дълбочината на изкопа се избира под границата на замръзване, а точните размери и стъпката на полагане на тръбите се определят с допълнително изчисление.

На собствениците на големи поземлени имоти, избрали за отопление на дома си геотермална термопомпа тип „земя-вода“, е целесъобразно да инсталират хоризонтални колектори. На собствениците на малки парцели повече им подхожда монтаж на дълбочинни сонди, тъй като те навлизат дълбоко в почвата и не „изяждат“ полезната площ около дома.

Териториите, на които са изградени комуникациите на геотермални системи „земя-вода“, вече не се използват за селскостопански нужди. Върху тях може да се създаде красива тревна морава или цветна леха с цъфтящи едногодишни растения.

Вертикалният монтаж е много по-проблематичен и води до използване на професионална техника. На участъка с помощта на сондажна инсталация се пробива кладенец с дълбочина от 20 до 150 m, в него се спуска специален геотермален сондаж и се свързва към помпата, която подава работната течност в домашната отоплителна система.

Вертикалният сондаж за геотермалната система «земя-вода» представлява оглавник със свързани тръби. Той се потапя в кладенец с дълбочина от 18 m и повече. Точното количество кладенци и сондажи, дълбочината на необходимото потапяне и действителният диаметър на тръбопровода се изчисляват отделно за всеки частен случай, въз основа на информацията, получена в резултат на геоложкото проучване, проведено от специалисти на участъка.

Сондажните тръби, излизащи от пробитите кладенци, влизат в колекторния кладенец. От него към термопомпата отиват 2 магистрални линии (подаваща ресурса и обратна), снабдени с изолационно покритие. Диаметърът на магистралата зависи от общия обем на системата и помещението, което трябва да се отопли. Понякога параметрите достигат 160 mm.

Според приблизителните изчисления, за отопление на жилищна къща с площ около 100 m2 ще са необходими около 7.5 kWh енергия. Вертикалните сондажи за създаване на отоплителна система «земя-вода» в този случай ще трябва да се спуснат в почвата на 110-115 метра, или да се заемат за хоризонтални комуникации 250 m2 от прилежащия участък (+)

Благодарение на това, че на дълбочина температурата на почвата винаги е по-висока и по-стабилна поради въздействието на земното ядро, вертикалният начин на полагане на отоплителната система се признава за изключително ефективен. Той демонстрира високо ниво на КПД и работи надеждно в продължение на много години, без да дава повреди и счупвания.

Вариант #2. Особености на термопомпите „вода-вода“

Геотермалната система «вода-вода» използва в работата си топлинната енергия на водния ресурс. Това е възможно, защото на голяма дълбочина температурата на водата, както и на почвата, остава доста висока и целогодишно запазва стабилни постоянни показатели.

За оборудване на системата «вода-вода» и получаване на нископотенциална топлинна енергия могат да се използват открити водни басейни (езера, реки), кладенци, сондажи и дори отпадъчни води от технологични цикли на промишлени производства (водоснабдяване от обратен тип).

Няма принципна конструкционна разлика между термопомпата «почва-вода» и «вода-вода». Но комплексът, изграден на базата на открит воден басейн, изисква най-малко финансови и трудови разходи. За монтажа не са необходими мащабни сондажни мероприятия.

Тръбният материал с топлоносителя просто се оборудва с товар, потапя се във вода и чрез свързващи комуникации се свързва към домашната отоплителна система.

Въпреки това, такъв вариант е възможен само когато земята е в непосредствена близост до водата и всички комуникационни части на системата са под контрола на собствениците. Ако няма достъп до открит водоем, се използва потенциалът на подземните води.

Вярно е, че това води до сериозни земни работи и изграждане на сложни конструкции, например, допълнителен кладенец, предназначен за изхвърляне на водата, която преминава през топлообменния възел.

При инсталиране на термопомпа «вода-вода» се обустройват не един, а два сондажа. През единия се извлича работната вода и, след като премине през топлообменника, се пренасочва към втория, който се намира по посоката на движението на подземните потоци. По време на разполагането трябва да се има предвид, че приемащият сондаж трябва да се намира на разстояние най-малко 6 метра от подаващия и задължително да е надолу по течението.

Обикновено инсталациите от типа «вода-вода» се монтират там, където няма възможност да се свържат централни комуникации или да се използват други видове топлоносители.

Специалистите твърдят, че алтернативното отопление от този тип е изключително ефективно в съвременните сгради, които имат минимален показател на топлинни загуби.

При изработката и полагането със собствени ръце на геотермални отоплителни системи «вода-вода» е много важно да се използват материали с високо ниво на устойчивост на корозия, замръзване и други агресивни прояви на външната среда. Тогава оборудването ще служи дълго и няма да създаде никакви проблеми на собственика.

Ако къщата е добре изолирана, защитена от течение, влага и проникване на студен въздух или е построена с използване на съвременни топлоизолационни технологии, цената на отоплителната система значително намалява поради възможността да се закупи помпено оборудване с много по-малка мощност.

Вариант #3. Обустройване на системи „въздух-вода“

Термопомпата «въздух-вода» използва за работа най-достъпния, неограничен и възобновяем природен енергиен ресурс – въздух. Оборудването функционира посредством вентилатори и изпарители, обединени в единен комплекс.

Най-голяма ефективност проявява при температура до -15°C. При по-агресивни показатели губи съществена част от мощността.

Термопомпата «въздух-вода» струва значително по-евтино, отколкото моделите «вода-вода» и «земя-вода». Модулът е подходящ за региони с относително топли зими. В студените северни райони, където мразовете надвишават -20…25°C, инсталирането на въздушно оборудване се счита за нецелесъобразно.

Агрегатът е изключително удобен с това, че не изисква от собствениците на частна къща наличие на специална техника за монтаж и извършване на сложни работи по инсталацията.

Не изисква изкопаване на земя, пробиване на сондажи и други трудоемки мероприятия. Лесно се монтира и не заема много място. Може да функционира коректно, разположен на покрива на жилищно помещение.

Геотермалната термопомпа «въздух-вода» може да се инсталира на парцела непосредствено до жилищни сгради. Тя работи тихо и има модерен привлекателен вид, който не нарушава общия дизайн на територията.

Към основните плюсове на оборудването се отнасят практически безшумната работа и възможността за повторно използване на топлината, излязла от отопляемото помещение под формата на отработен въздух, вода, газ, дим и пр.

Обслужването на системата собствениците извършват самостоятелно:

• почистват вентилаторните лопати и защитните решетки на изпарителната инсталация от прах, дребни отпадъци и листа;
• смазват компресора със специален състав, посочен в инструкцията от производителя;
• сменят маслото в силовите възли (вентилатор, компресор) с определена периодичност;
• проверяват целостността на силовия кабел за захранване и медния тръбопровод, по който хладилният агент циркулира в системата.

Освен тези действия производителите на помпено оборудване настоятелно съветват клиентите да контролират състоянието на топлинните датчици, които отразяват функционирането на управляващия блок.

Те трябва да се избърсват, като внимателно се отстраняват от повърхността прах и маслени петна. Това ще удължи «живота» на системата въздух-въздух и ще направи процеса на експлоатация по-прост и комфортен.

Как да направите агрегат със собствените си ръце?

Независимо от това кой вариант на ресурса (земя, вода или въздух) е избран за отопление, за коректното функциониране на системата ще е необходима помпа.

Това устройство се състои от следните елементи:

• компресорен възел (междинен елемент на комплекса);
• изпарител, който предава нископотенциална енергия на топлоносителя;
• дроселен клапан, през който хладилният агент намира обратен път към изпарителя;
• кондензатор, където фреонът отдава топлинна енергия и се охлажда до началната температура.

Може да се закупи цялостна система от производителя, но това ще струва прилична сума. Когато няма свободни пари под ръка, струва си да се направи термопомпа със собствени ръце от наличните детайли и при необходимост да се докупят липсващите резервни части.

Когато планирате инсталирането на геотермална отоплителна система в частен дом, първо трябва да се погрижите за намаляване на топлинните загуби. За целта стените трябва да се изолират със специален материал, вратите и дограмите да се снабдят с дунапренови уплътнения, а подът и таванът да се защитят с плоскости от пенопласт. Тогава топлината, отделяна от помпата, ще остане в максимален обем вътре в помещението.

Когато решението за изработване на топлинна помпа със собствени сили бъде взето, трябва задължително да се провери състоянието на електрическата инсталация и електромера в дома.

Ако тези елементи са износени и стари, е необходимо да се прегледат всички участъци, да се открият евентуални неизправности и да се отстранят още преди започване на работата. Тогава системата веднага след стартиране ще работи безупречно и няма да притеснява собствениците с къси съединения, запалване на инсталацията и избиване на предпазители.

Начин #1. Сглобяване от хладилник

За сглобяване на топлинна помпа със собствени сили от стар хладилник се сваля намиращата се отзад серпентина. Тази част се използва като кондензатор и се поставя в здраво съд, устойчив на екстремни температури. Към него се закрепва изправно работещ компресор, а като изпарител се използва обикновен пластмасов резервоар.

Ако за създаването на помпата се използва много стар хладилник, е по-добре да се замени фреонът с нов. Това не може да се направи самостоятелно, затова ще трябва да се покани специалист със специално оборудване. Той бързо ще замени работната течност и системата ще заработи в желания режим.

Подготвените елементи се свързват помежду си, а след това създаденият агрегат чрез полимерни тръби се свързва с отоплителната система и се пристъпва към експлоатация на оборудването.

Поетапните инструкции за сглобяване на топлинна помпа от хладилник са описани в тази статия.

Начин #2. Термопомпа от климатик

За да се направи топлинна помпа, климатикът се модифицира и се преустройват някои основни компоненти. Първо външният и вътрешният блок се разменят.

Изпарителят, отговарящ за преноса на нископотенциална топлина, допълнително не се поставя, тъй като той се намира във вътрешния блок на агрегата, а кондензаторът, който предава топлинна енергия, е във външния блок. Като топлоносител са подходящи както въздухът, така и водата.

Ако този вариант на монтаж не е удобен, кондензаторът се поставя в отделен резервоар, предназначен за правилен топлообмен между нагревателния ресурс и топлоносителя.

Самата система се снабдява с четирипътен вентил. За тази работа обикновено се кани специалист, който има професионални умения и опит в провеждането на дейности от този род.

Съвременните сплит-системи са малоефективни при ниски температури, затова професионалистите не препоръчват да се използват за самостоятелно изработване на топлинни помпи.

В третия вариант климатикът се разглобява напълно на съставни части, а след това от тях се сглобява помпа по традиционната общоприета схема: изпарител, компресор, кондензатор. Готовото устройство се свързва с обогряващото дома оборудване и се пристъпва към използване.

В сайта има серия от статии за изработване на термопомпи със собствени ръце, препоръчваме да се запознаете:

1. Как да направите термопомпа за отопление на дома със собствени ръце: принцип на работа и схеми за сглобяване
2. Как да направите термопомпа въздух-вода: схеми на устройството и самостоятелно сглобяване

Съвети за избор на система

Монтажът на оборудване от тип «земя-вода» струва повече от всички останали варианти, защото изисква дълбоки земни работи при вертикално разположение на оборудването или голяма свободна площ на парцела при хоризонтално полагане на комуникациите.

Тези параметри ограничават използването на системата и значително намаляват нейната привлекателност.

Инсталирането на помпа «вода-вода» също има някои ограничения. Ако наблизо има достъпен водоем, системата може да се постави в него. Липсата на открити води ще доведе до пробиване на сондажи и отводни кладенци, което също не е евтино.

Помпата «въздух-вода» не представлява проблеми с инсталирането и може да работи коректно дори в многофамилни сгради, но при сурови зими с ниски температурни показатели нейната ефективност пада и за нейната подкрепа е необходим паралелен източник на енергия.

Въпреки това, оборудването на геотермално отопление в крайна сметка изплаща своите разходи и започва да произвежда безплатен ресурс, позволявайки на собствениците да живеят в максимално удобни, приятни и комфортни условия, без да харчат големи средства за комунални услуги.

Изводи и полезно видео по темата

Във видеото нагледно е показано как в голяма къща от газосиликатен блок е оборудвана отоплителна система на основата на геотермално топлинно оборудване «въздух-вода». Разкрити са някои интересни нюанси относно монтажа на оборудването и са озвучени реални цифри на комуналните плащания за месец.

Как работи оборудването «земя-вода». Подробно описание от специалист по инсталиране на геотермални топлинни котли, препоръки и полезни съвети за домашни майстори от професионалист в своята област.

Своите впечатления от геотермалната термопомпа споделя реален потребител на оборудването.

Професионален монтьор разказва как в домашни условия да се изработи термопомпа на основата на мощен компресор и тръбни топлообменни части. Подробна инструкция в стъпков режим.

Геотермалната помпа за отопление на частно жилище – успешен начин за създаване на комфортни жизнени условия дори там, където не са достъпни централизирани комуникационни системи и по-привични източници на енергиен ресурс.

Изборът на система зависи от териториалното разположение на недвижимия имот и финансовите възможности на собствениците.

Имате ли опит в изработването на геотермална термопомпа? Моля, споделете информация с нашите читатели, предложете своя вариант на сглобяване. Оставяйте коментари и прикачвайте снимки на своите самоделки във формата, разположена по-долу.